Хром (лат. Cromium), Cr, химический элемент VI группы периодической системы Менделеева, атомный номер 24, атомная масса 51,996; металл голубовато-стального цвета.

Природные стабильные изотопы: 50 Cr (4,31%), 52 Cr (87,76%), 53 Cr (9,55%) и 54 Cr (2,38%). Из искусственных радиоактивных изотопов наиболее важен 51 Cr (период полураспада T ½ = 27,8 суток), который применяется как изотопный индикатор.

Историческая справка. Хром открыт в 1797 году Л. Н. Вокленом в минерале крокоите - природном хромате свинца РbCrО 4 . Название Хром получил от греческого слова chroma - цвет, краска (из-за разнообразия окраски своих соединений). Независимо от Воклена Хром был открыт в крокоите в 1798 году немецким ученым М. Г. Клапротом.

Распространение Хрома в природе. Среднее содержание Хрома в земной коре (кларк) 8,3·10 -3 % . Этот элемент, вероятно, более характерен для мантии Земли, так как ультраосновные породы, которые, как полагают, ближе всего по составу к мантии Земли, обогащены Хромом (2·10 -4 %). Хром образует массивные и вкрапленные руды в ультраосновных горных породах; с ними связано образование крупнейших месторождений Хрома. В основных породах содержание Хрома достигает лишь 2·10 -2 %, в кислых - 2,5·10 -3 %, в осадочных породах (песчаниках) - 3,5·10 -3 %, глинистых сланцах - 9·10 -3 % . Хром - сравнительно слабый водный мигрант; содержание Хрома в морской воде 0,00005 мг/л.

В целом Хром - металл глубинных зон Земли; каменные метеориты (аналоги мантии) тоже обогащены Хромом (2,7·10 -1 %). Известно свыше 20 минералов Хрома. Промышленное значение имеют только хромшпинелиды (до 54% Сr); кроме того, Хром содержится в ряде других минералов, которые нередко сопровождают хромовые руды, но сами не представляют практическое ценности (уваровит, волконскоит, кемерит, фуксит).

Физические свойства Хрома. Хром - твердый, тяжелый, тугоплавкий металл. Чистый Хром пластичен. Кристаллизуется в объемноцентрированной решетке, а = 2,885Å (20 °С); при 1830 °С возможно превращение в модификацию с гранецентрированной решеткой, а = 3,69Å.

Атомный радиус 1,27 Å; ионные радиусы Cr 2+ 0,83Å, Cr 3+ 0,64Å, Cr 6+ 0,52 Å. Плотность 7,19 г/см 3 ; t пл 1890 °С; t кип 2480 °С. Удельная теплоемкость 0,461 кдж/(кг·К) (25°С); термический коэффициент линейного расширения 8,24·10 -6 (при 20 °С); коэффициент теплопроводности 67 вт/(м·К) (20 °С); удельное электросопротивление 0,414 мком·м(20 °С); термический коэффициент электросопротивления в интервале 20-600 °С составляет 3,01·10 -3 . Хром антиферромагнитен, удельная магнитная восприимчивость 3,6·10 -6 . Твердость высокочистого Хрома по Бринеллю 7-9 Мн/м 2 (70-90 кгс/см 2).

Химические свойства Хрома. Внешняя электронная конфигурация атома Хрома 3d 5 4s 1 . В соединениях обычно проявляет степени окисления +2, +3, +6, среди них наиболее устойчивы Сr 3+ ; известны отдельные соединения, в которых Хром имеет степени окисления +1, +4, +5. Хром химически малоактивен. При обычных условиях устойчив к кислороду и влаге, но соединяется с фтором, образуя CrF 3 . Выше 600 °С взаимодействует с парами воды, давая Сr 2 О 3 ; азотом - Cr 2 N, CrN; углеродом - Сr 23 С 6 , Сr 7 С 3 , Сr 3 С 2 ; серой - Cr 2 S 3 . При сплавлении с бором образует борид СrВ, с кремнием - силициды Cr 3 Si, Cr 2 Si 3 , CrSi 2 . Со многими металлами Хром дает сплавы. Взаимодействие с кислородом протекает сначала довольно активно, затем резко замедляется благодаря образованию на поверхности металла оксидной пленки. При 1200 °С пленка разрушается и окисление снова идет быстро. Хром загорается в кислороде при 2000 °С с образованием темно-зеленого оксида Хрома (III) Сr 2 О 3 . Помимо оксида (III), известны других соединения с кислородом, например CrO, СrО 3 , получаемые косвенным путем. Хром легко реагирует с разбавленными растворами соляной и серной кислот с образованием хлорида и сульфата Хрома и выделением водорода; царская водка и азотная кислота пассивируют Хром.

С увеличением степени окисления возрастают кислотные и окислительные свойства Хром Производные Сr 2+ - очень сильные восстановители. Ион Сr 2+ образуется на первой стадии растворения Хрома в кислотах или при восстановлении Сr 3+ в кислом растворе цинком. Гидрат закиси Сr(ОН) 2 при обезвоживании переходит в Сr 2 О 3 . Соединения Сr 3+ устойчивы на воздухе. Могут быть и восстановителями и окислителями. Сr 3+ можно восстановить в кислом растворе цинком до Сr 2+ или окислить в щелочном растворе до СrО 4 2- бромом и других окислителями. Гидрооксид Сr(ОН) 3 (вернее Сr 2 О 3 ·nН 2 О) - амфотерное соединение, образующее соли с катионом Сr 3+ или соли хромистой кислоты НСrО 2 - хромиты (например, КСrО 2 , NaCrO 2). Соединения Сr 6+ : хромовый ангидрид СrО 3 , хромовые кислоты и их соли, среди которых наиболее важны хроматы и дихроматы - сильные окислители. Хром образует большое число солей с кислородсодержащими кислотами. Известны комплексные соединения Хрома; особенно многочисленны комплексные соединения Сr 3+ , в которых Хром имеет координационное число 6. Существует значительное число переоксидных соединений Хрома

Получение Хрома. В зависимости от цели использования получают Хром различной степени чистоты. Сырьем обычно служат хромшпинелиды, которые подвергают обогащению, а затем сплавляют с поташом (или содой) в присутствии кислорода воздуха. Применительно к основному компоненту руд, содержащему Сr 3 +, реакция следующая:

2FeCr 2 О 4 + 4K 2 CO 3 + 3,5О 2 = 4К 2 СrО 4 + Fе 2 О 3 + 4СО 2 .

Образующийся хромат калия К 2 СrО 4 выщелачивают горячей водой и действием H 2 SO 4 превращают его в дихромат К 2 Сr 2 О 7 . Далее действием концентрированного раствора H 2 SО 4 на К 2 Сr 2 О 7 получают хромовый ангидрид С 2 О 3 или нагреванием К 2 Сr 2 О 7 с серой - оксид Хрома (III) С 2 О 3 .

Наиболее чистый Хром в промышленного условиях получают либо электролизом концентрированных водных растворов СrО 3 или Сr 2 О 3 , содержащих H 2 SO 4 , либо электролизом сульфата Хрома Cr 2 (SO 4) 3 . При этом Хром выделяется на катоде из алюминия или нержавеющей стали. Полная очистка от примесей достигается обработкой Хрома особо чистым водородом при высокой температуре (1500-1700 °С).

Возможно также получение чистого Хрома электролизом расплавов CrF 3 или СrCl 3 в смеси с фторидами натрия, калия, кальция при температуре около 900 °С в атмосфере аргона.

В небольших количествах Хром получают восстановлением Сr 2 О 3 алюминием или кремнием. При алюминотермическом способе предварительно подогретую шихту из Сr 2 О 3 и порошка или стружек Аl с добавками окислителя загружают в тигель, где реакцию возбуждают поджиганием смеси Na 2 O 2 и Аl до тех пор, пока тигель заполнится Хромом и шлаком. Силикотермически Хром выплавляют в дуговых печах. Чистота получаемого Хрома определяется содержанием примесей в Сr 2 О 3 и в Аl или Si, используемых для восстановления.

В промышленности в больших масштабах производятся сплавы Хрома - феррохром и силикохром.

Применение Хрома. Использование Хрома основано на его жаропрочности, твердости и устойчивости против коррозии. Больше всего Хрома применяют для выплавки хромистых сталей. Алюмино- и силикотермический Хром используют для выплавки нихрома, нимоника, других никелевых сплавов и стеллита.

Значительное количество Хрома идет на декоративные коррозионно-стойкие покрытия. Широкое применение получил порошковый Хром в производстве металлокерамических изделий и материалов для сварочных электродов. Хром в виде иона Cr 3+ - примесь в рубине, который используется как драгоценный камень и лазерный материал. Соединениями Хрома протравливают ткани при крашении. Некоторые соли Хрома используются как составная часть дубильных растворов в кожевенной промышленности; PbCrO 4 , ZnCrO 4 , SrCrO 4 - как художественные краски. Из смеси хромита и магнезита изготовляют хромомагнезитовые огнеупорные изделия.

Соединения Хром (особенно производные Cr 6 +) токсичны.

Хром в организме. Хром - один из биогенных элементов, постоянно входит в состав тканей растений и животных. Среднее содержание Хрома в растениях - 0,0005% (92-95% Хрома накапливается в корнях), у животных - от десятитысячных до десятимиллионных долей процента. В планктонных организмах коэффициент накопления Хрома огромен - 10 000-26 000. Высшие растения не переносят концентрации Хрома выше 3-10 -4 моль/л. В листьях он присутствует в виде низкомолекулярного комплекса, не связанного с субклеточными структурами. У животных Хром участвует в обмене липидов, белков (входит в состав фермента трипсина), углеводов (структурный компонент глюкозоустойчивого фактора). Основной источник поступления Хрома в организм животных и человека - пища. Снижение содержания Хрома в пище и крови приводит к уменьшению скорости роста, увеличению холестерина в крови и снижению чувствительности периферийных тканей к инсулину.

Отравления Хромом, и его соединениями встречаются при их производстве; в машиностроении (гальванические покрытия); металлургии (легирующие добавки, сплавы, огнеупоры); при изготовлении кож, красок и т. д. Токсичность соединений Хрома зависит от их химические структуры: дихроматы токсичнее хроматов, соединения Cr (VI) токсичнее соединений Cr(II), Cr(III). Начальные формы заболевания проявляются ощущением сухости и болью в носу, першением в горле, затруднением дыхания, кашлем и т. д.; они могут проходить при прекращении контакта с Хромом. При длительном контакте с соединениями Хрома развиваются признаки хронические отравления: головная боль, слабость, диспепсия, потеря в весе и других. Нарушаются функции желудка, печени и поджелудочной железы. Возможны бронхит, бронхиальная астма, диффузный пневмосклероз. При воздействии Хрома на кожу могут развиться дерматит, экзема. По некоторым данным, соединения Хрома, преимущественно Cr(III), обладают канцерогенным действием.

Хром (Cr), химический элемент VI группы периодической системы Менделеева. Относится к переходным металлом с атомным номером 24 и атомной массой 51,996. В переводе с греческого, название металла означает «цвет». Такому названию металл обязан разнообразной цветовой гамме, которая присуща его различным соединениям.

Физические характеристики хрома

Металл обладает достаточной твердостью и хрупкостью одновременно. По шкале Мооса твердость хрома оценивается в 5,5. Этот показатель означает, что хром имеет максимальную твердость из всех известных на сегодня металлов, после урана, иридия, вольфрама и бериллия. Для простого вещества хрома характерен голубовато-белый окрас.

Металл не относится к редким элементам. Его концентрация в земной коре достигает 0,02% масс. долей. В чистом виде хром не встречается никогда. Он содержится в минералах и рудах, которые являются главным источником добычи металла. Хромит (хромистый железняк, FeO*Cr 2 O 3) считается основным соединением хрома. Еще одним достаточно распространенным, однако менее важным минералом, является крокоит PbCrO 4 .

Металл легко поддается плавке при температуре 1907 0 С (2180 0 К или 3465 0 F). При температуре в 2672 0 С - закипает. Атомная масса металла составляет 51,996 г/моль.

Хром является уникальным металлом благодаря своим магнитным свойствам. В условиях комнатной температуры ему присуще антиферромагнитное упорядочение, в то время, как другие металлы обладают им в условиях исключительно пониженных температур. Однако, если хром нагреть выше 37 0 С, физические свойства хрома изменяются. Так, существенно меняется электросопротивление и коэффициент линейного расширения, модуль упругости достигает минимального значения, а внутреннее трение значительно увеличивается. Такое явление связано с прохождением точки Нееля, при которой антиферромагнитные свойства материала способны изменяться на парамагнитные. Это означает, что первый уровень пройден, и вещество резко увеличилось в объеме.

Строение хрома представляет собой объемно-центрированную решетку, благодаря которой металл характеризуется температурой хрупко-вязкого периода. Однако, в случае с данным металлом, огромное значение имеет степень чистоты, поэтому, величина находится в пределах -50 0 С - +350 0 С. Как показывает практика, раскристаллизированный металл не имеет никакой пластичности, но мягкий отжиг и формовка делают его ковким.

Химические свойства хрома

Атом имеет следующую внешнюю конфигурацию: 3d 5 4s 1 . Как правило, в соединениях хром имеет следующие степени окисления: +2, +3, +6, среди которых наибольшую устойчивость проявляет Сr 3+ .Кроме этого существуют и другие соединения, в которых хром проявляет совершенно иную степень окисления, а именно: +1, +4, +5.

Металл не отличается особой химической активностью. Во время нахождения хрома в обычных условиях, металл проявляет устойчивость к влаге и кислороду. Однако, данная характеристика не относится к соединению хрома и фтора - CrF 3 , которое при воздействии температур, превышающих 600 0 С, взаимодействует с парами воды, образуя в результате реакции Сr 2 О 3 , а также азотом, углеродом и серой.

Во время нагревания металлического хрома, он взаимодействует с галогенами, серой, кремнием, бором, углеродом, а также некоторыми другими элементами, в результате чего получаются следующие химические реакции хрома:

Cr + 2F 2 = CrF 4 (с примесью CrF 5)

2Cr + 3Cl 2 = 2CrCl 3

2Cr + 3S = Cr 2 S 3

Хроматы можно получить, если нагреть хром с расплавленной содой на воздухе, нитратами или хлоратами щелочных металлов:

2Cr + 2Na 2 CO 3 + 3O 2 = 2Na 2 CrO 4 + 2CO 2 .

Хром не обладает токсичностью, чего нельзя сказать о некоторых его соединениях. Как известно, пыль данного металла, при попадании в организм, может раздражать легкие, через кожу она не усваивается. Но, поскольку в чистом виде он не встречается, то его попадание в человеческий организм является невозможным.

Трехвалентный хром попадает в окружающую среду во время добычи и переработки хромовой руды. В человеческий организм попадание хрома вероятно в виде пищевой добавки, используемой в программах по похудению. Хром с валентностью, равной +3, является активным участником синтеза глюкозы. Ученые установили, что излишнее употребление хрома особого вреда человеческому организму не наносит, поскольку не происходит его всасывание, однако, он способен накапливаться в организме.

Соединения, в котором участвует шестивалентный металл, являются крайне токсичными. Вероятность их попадания в человеческий организм появляется во время производства хроматов, хромирования предметов, во время проведения некоторых сварочных работ. Попадание такого хрома в организм чревато серьезными последствиями, так как соединения, в которых присутствует шестивалентный элемент, представляют собой сильные окислители. Поэтому, могут вызвать кровотечение в желудке и кишечнике, иногда с прободением кишечника. При попадании таких соединений на кожу возникают сильные химические реакции в виде ожогов, воспалений, возникновения язв.

В зависимости от качества хрома, которое необходимо получить на выходе, существует несколько способов производства металла: электролизом концентрированных водных растворов оксида хрома, электролизом сульфатов, а также восстановлением оксидом кремния. Однако, последний способ не очень популярен, так как при нем на выходе получается хром с огромным количеством примесей. Кроме того, он также является экономически невыгодным.

Общие сведения и методы получения

Хром (Сг) - твердый блестящий металл. Как самостоятельный элемент был впервые выделен в 1797 г. Вокеленом из минерала крокоит, кото­рый открыл академик Паллас при изучении сибирских минералов в 1765 г. Свое название хром получил от греческого «chromos», что оз­начает цвет, из-за различных цветов его соединений - от зеленого до красного.

В свободном состоянии хром не встречается. Из многочисленных руд, содержащих хром, промышленное значение имеет только хромит FeO-Cr 2 0 3 , в котором содержится более 65 % Сг 2 0 3 (по массе), ос­тальное FeO. Хром входит в состав многих минералов, в частности в состав крокоита РЬСг0 4 ; к другим минералам, содержащим хром, от­носятся финицит, менахлоит или феникохлоит ЗРЬО-2Ст 2 0 3 , березовит, трапакалит, магнохромит и др. Известна большая группа силикатных минералов, содержащих хром, который придает этим минералам ха­рактерную окраску. Хромит относится к классу изоморфных минералов кубической системы, известных под названием шпинелей, которые мож­но охарактеризовать общей формулой -ТО-У 2 0 3 , где X - ион двухва­лентного металла, У-ион трехвалентного металла. В промышленных хромовых рудах содержание С,г 2 0 3 редко превышает 50 % (по массе). Феррохром с содержанием 65-70 % Сг, используемый в металлургии, получают прямым восстановлением хромовой руды с соотношением Cr:Fe=3:l. Хромит восстанавливают углеродом, причем для получе­ния феррохрома содержание оксида хрома в руде должно быть не ме­нее 48%. В процессе плавки протекает реакция: Fe0-Cr 2 0 3 +4C->--*-Fe + 2Cr + 4CO.

Хром технической чистоты получают алюминотермическим, силико-термическим, электролитическим и другими методами из оксида хрома, который получают из хромистого железняка. Из методов производства технически чистого металла, пригодного для дальнейшего рафинирова­ния, наиболее прост и экономически выгоден электролитический. Стои­мость электролитического хрома несколько выше, чем хрома, получае­мого другими методами, но примеси из него могут быть удалены наи­более легко. Из методов очистки электролитического хрома от примесей наиболее широкое применение получила обработка хрома в сухом очи­щенном водороде. В процессе рафинирования из металла удаляется главным образом кислород, несколько понижается содержание азота и других металлических н неметаллических примесей, особенно элемен­тов, имеющих высокое давление паров. Рафинирование электролитиче­ского хрома проводится длительным нагревом при 1300-1500 °С в ус­ловиях непрерывного притока водорода. Глубокую очистку хрома можно осуществлять также вакуумной дистилляцией с конденсацией Паров на холодной поверхности.

Наиболее чистый хром для лабораторных исследований получают иодидным методом. Этот процесс основан на образовании летучих

иодидов хрома (при 700-900 °С) и их диссоциации на нагретой по­верхности (при 1000-1100 °С). Металлический хром после иодидного рафинирования пластичен в литом состоянии (удлинение при растяже­нии 9-18%).

Физические свойства

Атомные характеристики. Атомный номер хрома 24, атомная масса 51,996 а. е. м., атомный объем 7,23*10 -6 м 3 / м оль. Атомный (металли­ческий) радиус хрома 0,128 нм, ковалентный 0,118 нм. Электронная конфигурация внешних оболочек 3d 5 4s 1 . Электроотрицательность 1,6. Значения потенциалов ионизации J (эВ): 6,746; 16,49; 31. При атмо­сферном давлении хром обладает о. ц. к. решеткой, при комнатной температуре а=0,2884 нм. Энергия кристаллической решетки 337,5 мкДж/кмоль.

Химические свойства

В. В соединениях хром проявляет степени окисления +2, +3, +6, реже +4, +5, +1.

При нормальной температуре хром химически устойчив; почти не окисляется на воздухе, даже в присутствии влаги. При нагреве окисление протекает только на поверхности. Некоторые кислоты, например кон­центрированная азотная, фосфорная, хлорноватая, хлорная, образуют иа хроме окисную пленку, приводя к его пассивации. В этом состоянии хром обладает исключительно высокой коррозионной стойкостью и на него не действуют разбавленные минеральные кислоты. Хром является электроотрицательным по отношению к наиболее практически важным металлам и сплавам, и если он с ними образует гальванопару, то ус­коряет их коррозию,

Электролитически осажденный хром содержит большое количество растворенного водорода - до ~5 % (ат.). В данной системе возможно образование СгН (1,9% Н), СгН 2 (3,73% Н) или СгН 3 (5,49% Н), которые обладают низкой термической стабильностью и легко разла­гаются при незначительном нагревании. Теплота растворения водорода в твердом хроме при 797-1097 °С составляет 105 кДж/моль Н 2 , теп­лота образования СгН 2 Д//обр = 15,900 кДж/моль, Растворимость кис­лорода в твердом хроме при 1347 °С составляет 0,03% и снижается при понижении температуры. Наиболее распространенным оксидом хрома является Сг 2 0 3 (31,6 % О), представляющий собой тугоплавкое вещество зеленого цвета (зеленый хром), применяемое для приготов­ления клеевой и масляной красок. Высший оксид хрома Сг0 3 - темно-красные игольчатые кристаллы представляет собой хромовый ангид­рид, хорошо растворим в воде

Технологические свойства

Хром технической чистоты при комнатной температуре хрупок и при­обретает пластичность лишь при нагреве выше 200-225 "С Хром от­носится к группе хладноломких металлов, пластичность которых резко падает при снижении температуры.

Области применения

Хром широко применяется в металлургии, главным образом в качестве легирующей добавки к сталям различного назначения. Добавка до 3 °/о Сг к обычным углеродистым сталям значительно повышает их механические свойства. Стали с содержанием 5-6 % Сг отличаются повышенным сопротивлением коррозии. При содержании хрома более 10 % стали обладают высокой коррозионной стойкостью (нержавею­щие). Хром в качестве легирующей добавки входит также в состав

жаропрочных сплавов иа основе никеля и кобальта. Сплавов иа основе хрома не существует. Большое количество чистого хрома используется в гальванотехнике; хромирование является надежным средством борь­бы с коррозией. Хромовые покрытия, помимо высокой коррозионной стойкости, обладают также высоким сопротивлением истиранию.

Хром в виде соединений используется при производстве огнеупор­ных материалов и пигментов.

Хром

Историческая справка

Металлический хром получают восстановлением его из оксида с помощью алюминия (алюминотермия):

С этой целью используют хромистый железняк. Вначале его сплавляют с содой в присутствии кислорода, и далее образующий хромат натрия восстанавливают углеродом до оксида хрома:

Свойства хрома и его соединений. Хром - белый, с сероватым оттенком блестящий металл, имеющий большую твердость и упругость. При комнатной температуре стоек к воде и воздуху.

В химическом отношении хром как металл является восстановителем. В зависимости от условий реакции он может проявлять переменную степень окисления; устойчивыми являются состояния +2, +3, +6.

При нормальных условиях хром устойчив к кислороду, взаимодействие с которым протекает лишь при нагревании. В этих же условиях хром реагирует и с хлором, серой, азотом, кремнием. Например:

Обычно на поверхности хрома содержится плотный слой оксида Сг 2 0 3 , защищающий металл от дальнейшего окисления. Такая пассивированная поверхность и является причиной того, что при обычных температурах не происходит взаимодействия хрома с азотной кислотой и царской водкой.

С разбавленными соляной и серной кислотами хром реагирует с выделением водорода и образованием солей Сг(П), которые, быстро окисляясь, переходят в соли Сг(Ш):

Соединения хрома чаще всего имеют следующее пространственное строение:

С кислородом хром образует ряд оксидов, которые в зависимости от степени окисления металла проявляют основные, амфотерные или кислотные свойства.

Оксид хрома(П) СгО обладает основными свойствами. При взаимодействии с НС1 образует СгС1 2 .

Под действием водорода СгО восстанавливается до металлического хрома, при нагревании под действием кислорода воздуха переходит в Сг 2 0 3 .

Оксиду СгО соответствует гидроксид Сг(ОН)., образующийся из СгС1 2:

Сг(ОН) 2 - вещество желтого цвета. Имеет основный характер и в реакциях с кислотами образует соответствующие соли Сг(П).

Ион Сг 2+ является настолько сильным восстановителем, что способен вытеснять водород из воды:

Кислородом воздуха Сг(П) легко окисляется, поэтому раствор СгС1:! , например, можно применять для поглощения кислорода:

Водные растворы соединений Сг(П) имеют голубой цвет.

Оксид хрома(Ш) Сг 2 0 3 относится к амфотерным оксидам.

Его получают прокаливанием оксида хрома(У1), или разложением дихромата аммония, или термическим разложением гидроксида хрома(Ш):

Гидроксид хрома(Ш) Cr(OH) ;j получается при действии щелочей на соли хрома; при этом Сг(ОН) 3 выделяется в виде осадка синевато-серого цвета:

Сг(ОН) 3 обладает амфотерными свойствами. Подобно гидроксиду алюминия Сг(ОН) 3 взаимодействует с кислотами с образованием солей Сг(Ш), а со щелочами - с образованием хромитов:

Мета- или ортохромиты, являющиеся солями соответствующих кислот - НСг0 2 (метахромистая) и Н 3 Сг0 3 (ортохромистая), образуются при сплавлении оксида хрома(Ш) со щелочами или с содой:

Следовательно, Сг(ОН) 3 следует рассматривать как амфотерный гидроксид:

Под действием сильных окислителей в щелочной среде соединения хро- ма(Ш) переходят в соединения хрома(У1) - хроматы:

Для иона Сг 3 * характерны многочисленные комплексные соединения, в которых, за редким исключением, проявляется координационное число 6. Основной признак этих комплексных соединений - их кинетическая устойчивость в водных растворах.

Гексааква-ион [Сг(Н 2 0) 6 ] 3+ сине-фиолетового цвета входит в состав многих кристаллогидратов: CrCl 3 -6H 2 0, KCr(S0 4) 2 -12Н 2 0 и т.д. Получение этого катионного комплекса можно выразить следующим уравнением:

Состав катионных комплексов Сг(Ш) может изменяться в зависимости от pH, температуры и концентрации, в связи с чем их окраска изменяется от фиолетовой до зеленой. По мере замещения молекул Н 2 0 в комплексном катионе, например, на хлор могут образоваться различные изомерные формы СгС1 3 6Н 2 0:

Наиболее многочисленными являются комплексы с аминами в качестве лигандов. Среди них обнаружены соединения со всевозможными типами изомерии. Кроме моноядерных комплексов, например 2+ , могут существовать и полиядерные, в которых два и более атомов металла связаны с помощью гидроксильных мостиков.

Анионные комплексы - хроматы - разнообразны по своему составу и могут быть получены с помощью следующих реакций:

Окраска анионных комплексов зависит от природы лиганда: 3_ - изумрудно-зеленого цвета, [СгС1 6 ] 3_ - розово-красного, a 3_ - желтого.

Анионный комплекс [Сг(ОН) 6 ] :1 “ образует многочисленные соли - гид- роксохроматы, устойчивые в твердом состоянии, а в растворах - лишь в сильнощелочной среде.

Безводные соединения Сг(Ш) по структуре и свойствам отличаются от кристаллогидратов. Так, безводная соль СгС1 3 имеет полимерную слоистую структуру, тогда как СгС1 3 -6Н 2 0 - островную структуру. СгС1 3 в отличие от СгС1 3 -6Н 2 0 в воде растворяется очень медленно. Соединения Сг(ПТ) в водных растворах обычно гидролизуются, и на первой стадии этого процесса идет образование комплексного иона [Сг(Н 2 0)0Н| 3+ :

В дальнейшем может происходить полимеризация этих комплексов. Сульфид Cr 2 S 3 и карбонат Сг 2 (С0 3) 3 характеризуются еще большей неустойчивостью. Так, Cr 2 S 3 и Сг 2 (С0 3) 3 нельзя получить из водного раствора путем обменных реакций, ибо эти соединения вследствие большей растворимости по сравнению с Сг(ОН) 3 полностью гидролизуются:

Оксид хрома(У1) Сг0 3 представляет собой кристаллическое вещество темно-красного цвета. Он получается действием концентрированной H 2 S0 4 на дихроматы:

Сг0 3 имеет цепочечную структуру, образованную тетраэдрами Сг0 4 .

Сг0 3 - типичный кислотный оксид. Он легко растворяется в воде с образованием раствора хромовой кислоты Н 2 Сг0 4 и двухромовой кислоты 11 2 Сг 2 0 7 , между которыми устанавливается равновесие:

С увеличением разведения равновесие сдвигается в сторону образования НСг0 4

В щелочных растворах при pH > 7 Сг0 3 образует тетраэдрический хромат-ион Сг() 4 желтого цвета. В интервале pH от 2 до 6 существуют в равновесии ион НСг0 4 и оранжево-красный дихромат-ион Сг 2 0| .

В щелочной среде протекают такие процессы:

Положение равновесия зависит не только от pH, но и от характера катионов, которые могут образовать нерастворимые хроматы (катионы Ва 2+ , РЬ 2+ и Ag* образуют хроматы).

Таким образом, добавление кислот смещает равновесие влево, а прибавление щелочей - вправо:

На этом основано получение хроматов из дихроматов, и наоборот:

Соединения Cr(VI) являются окислителями. В кислой среде дихромат- ион Сг 2 0 2 проявляет сильные окислительные свойства, восстанавливаясь до Сг(Ш):

Высокая окислительная активность Cr(VI) проявляется в реакции взаимодействия К 2 Сг 2 0 7 с концентрированной НС1 при нагревании:

Эта реакция удобна для получения хлора в небольших количествах. При прекращении нагревания прекращается и выделение хлора. Действием очень сильных восстановителей производные Cr(VI) могут быть восстановлены в нейтральной и слабощелочной средах. Например, взаимодействие с (NH^S протекает при нагревании:

Необходимо отметить, что окислительные свойства Cr(VI) в щелочной среде выражены значительно слабее, чем в кислой. Таким образом, в кислых и щелочных растворах соединения Сг(Ш) и Cr(VI) существуют в разных формах: в кислой среде преобладают ионы Сг 3+ или Сг 7 0 2- , а в щелочной - ионы |Сг(ОН) (.| 3 или СЮ 2 , в связи с чем взаимопревращение соединений Сг(Ш) в Cr(VI) и наоборот протекает в зависимости от реакции среды:

в кислой среде

в щелочной среде

Из этого следует, что в кислой среде выражены окислительные свойства Cr(VI), а в щелочной среде - восстановительные свойства Сг(Ш):

Хромовая кислота Н 2 Сг0 4 значительно слабее дихромовой кислоты. Так, для Н 2 СгО, К, = 3 10 7 , а для Н 2 Сг 2 0 7 К, = 2 10" 2 .

Н 2 Сг 2 0 7 - простейший представитель изополикислот хрома, отвечающих общей формуле яЭ0 3 *тН 2 0 (где п > т) и известных в виде солей иолихроматов. Так, кроме оранжево-красных дихроматов (т = 1, п = 2) получены темно-красные трихроматы (т = 1, п = 3) и коричнево-красные тс- трахроматы (w = 1, п = 4).

Полихроматы образуются при действии кислот на хроматы:

При действии щелочей на растворы иолихроматов происходит обратный процесс с образованием в конечном итоге хроматов.

Больших серий поликислот и полианионов Cr(VI) не образует, что объясняется размерами иона и его тенденцией к образованию кратных связей Сг=0.

Для хрома характерно образование нероксидных соединений при взаимодействии с Н 2 0 2:

Кроме синего оксид-дипероксида хрома(У1) СгО- хром образует соли пероксокислот H 2 Cr 2 0 12 ,11 2 Сг 2 0 8 и Н 2 Сг0 6 следующей структуры (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Структура пентаиероксодихромовой кислоты H,Cr 2 O l2

Кислота Н 2 Сг 2 0 |2 образует соли, окрашенные в синий цвет, а П,Сг,0 8 - в красный.

Пероксидные соединения хрома устойчивы в эфирном растворе, в водных растворах они нестойки и легко разлагаются с выделением О., и образованием ионов СгОф (в щелочной среде) или соединений Сг(111) (в кислой). Предполагается, что устойчивость оксид-динероксида хрома(У1) Сг0 5 в эфире обусловлена образованием комплекса, имеющего форму псн- тагональной пирамиды с атомом кислорода в вершине (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Структура оксид-дипероксида хрома(У1) Сг0 3 в эфире, где L - молекула эфира или воды

Этот комплекс может быть получен обработкой раствора дихромата пероксидом водорода в кислой среде:

По окрашиванию эфирного слоя в синий цвет можно судить об образовании пероксокомплекса. Эта реакция очень чувствительна и специфична и поэтому широко используется в аналитической химии для обнаружения дихромат-иона.

Качественные реакции на хромат-ион (Сг0 4 ~)

Техническое применение хрома общеизвестно: в качестве легирующей добавки хром широко используется для получения высокопрочных сталей, никелевых и медных сплавов. Хроматы и дихроматы широко используются в кожевенной, текстильной, лакокрасочной и фармацевтической промышленности. Хромат свинца РЬСг0 4 под названием желтый крон применяется для изготовления красок. Дихроматы К 2 Сг 2 0 7 и Na 2 Cr 2 0 7 -2H 2 0, известные под названием хромпиков, применяются в аналитической химии.

Смесь равных объемов насыщенного на холоду раствора К 2 Сг 2 0 7 и концентрированной H 2 S0 1 называется хромовой смесью и применяется для энергичного окисления.

Все соединения хрома очень ядовиты!